Modélisation numérique de la propagation et de la bifurcation des fissures dans les superalliages monocristallins à base de nickel

Modelling the propagation and bifurcation of plasticity induced cracks in Nickel base single crystal superalloys

• Auteur / Autrice : Prajwal Sabnis
• Direction : Samuel Forest
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 16/11/2012
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Nagaraj Arakere
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Forest, Jonathan Cormier, Bernd Markert, Anthony Burteau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Khemais Saanouni, Eric Charkaluk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité

Modèles mathématiques

Nickel -- Alliages

Mots clés libres

Superalliages monocristallins à base de nickel

Plasticité cristalline et Micro-endommagement régularisé

Propagation et Bifurcation de fissure

Nickel single crystal superalloys

Crystal Plasticity and Regularised Microdamage

Propagation and Bifurcation of cracks

Résumé

Le but principal de cette thèse est de développer un modèle numérique pour modéliser les phénomènesde bifurcation et du branchement des fissures. Pour réaliser cet objectif, il était indispensablede posséder un modèle permettant un couplage fort entre le modèle de Plasticité cristalline etcelui de l'Endommagement régularisé. Dans un premier temps, quelques outils de post-traitement ont été développés pour analyser les systèmes de glissement actifs. Ces outils ont été utilisés surdes simulations d'éprouvettes réelles, et comparés à des résultats expérimentaux. Par ces comparaisons, l'application du modèle de Plasticité cristalline aux superalliages monocristallins a été validée. Ce modèle a ensuite été couplé avec le modèle d'endommagement régularisé. Le couplage a été réalisé dans les deux sens, c'est-à-dire que l'évolution de la plasticité a une influence sur l'endommagement et vice-versa. Le nouveau modèle peut être implémenté simplement, avec la méthode traditionnelle des Éléments Finis. Des expériences étudiant la propagation de fissure sous des chargements de types différents ont été simulées à l'aide de ce nouveau modèle :éprouvettes CT,fissuration en Mode II et rupture en fluage. Une méthode pour l'identification des paramètres matériaux a également été proposée.

The main goal of this dissertation was to develop a model to simulate the processes of crack bifurcation and crack branching in anisotropic materials. To achieve this goal, a thorough coupling of crystal plasticity and regularised damage models was deemed necessary. Firstly, post-processing tools were developed to better analyse the results obtained from standard Crystal Plasticity simulations. These were then compared with experiments, thereby validating the use of Crystal Plasticity models for Nickel base single crystal superalloys. The validated Crystalplasticity model was then coupled with a regularised microdamage model such that the evolution of plasticity influenced damage and vice versa. The newly developed model allows for the simulation of cracks using the standard Finite Element Approach. Experiments studying crack propagation under different types of loads were simulated using the newly developed model, including CT, shear andcreep specimens. A methodology was also proposed for the identification of the newly introduced material parameters.